A16Z: dezentrales Stromnetz

Autor: Ryan McEnrush, Partner von A16Z;

Das Stromnetz ist ein riesiges und komplexes System, das aus Kabeln und Kraftwerken besteht, was für unsere Wirtschaft und die Grundlage unserer industriellen Stärke von entscheidender Bedeutung ist.Derzeit sind die Vereinigten Staaten vor strengen Herausforderungen stehen: Der US -Strombedarf wird voraussichtlich um 2040 aufgrund von Faktoren wie künstlichem Intelligenz Computing, Reflow und „Elektrifizierung“ erwartet.Fast verdoppelt, aber unsere Gitterinfrastruktur und -operationen sind schwer auf dem Laufenden zu bleiben.

Um die energiereiche Zukunft zu beschlagnahmen, müssen wir die Produktion, die Übertragung und den Verbrauch von Strom vereinfachen.Dezentrales Stromnetz.Der Aufbau großer Kraftwerke und Übertragungsleitungen mit großer Distanz ist sehr umständlich, aber Technologien wie Sonnenenergie, Batterien und fortschrittliche Kernreaktoren haben neue Möglichkeiten gebracht.Es sind diese und andere „lokalere“ Technologien, die eine teure Langstreckenverkabelung vermeiden und direkt vor Ort einsetzen.Dies wird dazu beitragen, in den nächsten Jahrzehnten ein erhebliches Wachstum der Last zu unterstützen.

Während die historische industrielle Expansion auf großen zentralisierten Kraftwerken beruht, markiert das 21. Jahrhundert eine Verlagerung zu dezentraler und intermittierender Energie, von einem „zentralen Strahlungsmodell“ zu einem verteilten Netzwerk.Natürlich bringt diese Entwicklung neue Herausforderungen mit sich und wir brauchen Innovation, um die Lücke zu schließen.

Wachstumsprobleme

Das US -amerikanische Netz besteht aus drei großen Internetnetzwerken: Ost, West und Texas, verwaltet von 17 NERC -Koordinatoren, und ISO (Independent System Operator) und RTO (Regional Transmission Operator) überwachen die regionale Wirtschaft und die Infrastruktur.Die tatsächliche Stromerzeugung und -übertragung werden jedoch von lokalen Versorgungsunternehmen oder Genossenschaften behandelt.Diese Struktur hat eine Rolle in einer Ära mit geringer Belastungswachstum gespielt, aber die Erweiterung der Netzinfrastruktur, um die heutigen Anforderungen zu erfüllen, sind gewordenImmer herausfordernder und teurer.

Zugriff auf Probleme

Wird von Stromnetzbetreibern verwendetZugangswarteschlangeBewerten Sie, ob das Netz neuer Strom am Standort ohne Ungleichgewicht unterstützen kann, und bestimmen Sie die Kosten für erforderliche Upgrades.Heutzutage mehr als2000 GWWenn Sie auf den Zugang zum Netz warten, werden allein im Jahr 2022 mehr als 700 GW von Projekten in der Warteschlange stehen.Das isteinsEine große Zahl: Die installierte Kapazität des gesamten US -amerikanischen Stromnetzes beträgt nur 1200 GW.

In Wirklichkeit wurden jedoch viele Projekte aufgrund der Kosten für die Verbindung mit dem Netz zurückgezogen.In der Vergangenheit wurden nur 10-20% der in der Warteschlange in der Warteschlange gestalteten Projekte erreicht, die häufig mehr als 5 Jahre nach der Bewerbung zur Verbindung herstellen-und diese Zeiten werden nur länger und länger.E-Generatoren leisten häufig mehrere spekulative Vorschläge, um die günstigsten Zugangspunkte zu identifizieren und dann ungünstige Vorschläge zu entziehen, nachdem die Kosten bekannt sind, wodurch Machbarkeitsstudien erschwert werden.Der California Grid -Betreiber Caiso war gezwungen, im Jahr 2022 neue Anfragen zu akzeptieren, und plant, dies 2024 aufgrund des Antriebsantriebs erneut zu tun.

Dies ist ein limitierender Faktor und den Kostentreiber in unserem Energieübergang.In einem kürzlich in das US -amerikanischen Energieministerium Bericht über das Wachstum von hohen Lasten bis 2035 gerichteten intraregionalen Übertragung, die neue Vermögenswerte um 128% steigen und die interregionale Übertragung um 412% erhöhen muss.Die optimistischeren Prognosen werden voraussichtlich um 64% bzw. 34% wachsen.

Die vorgeschlagenen Reformen tragen dazu bei, diesen Entwicklungsrückstand zu lindern.Die Federal Energy Management Commission (FERC) führt eine „erstklassige, erste Erstserie“ -Richtlinie um, die Vorschläge und beschleunigt Überprüfungen durch Erhöhung der Gebühren filtert.Die Texas Electricity Reliability Commission (ERCOT) verfolgt einen „Zugangs- und Management“ -Ansatz, der einen schnelleren Zugang ermöglicht. Wenn es jedoch das Projekt trennen, wenn es die Zuverlässigkeit der Gitter bedroht – hat dies das Hinzufügen neuer schneller Netzvermögenswerte mit großem Erfolg erzielt.Während diese Richtlinien den Fortschritt markieren, ist es auch entscheidend, andere Vorschriften wie NEPA zu vereinfachen, um die Konstruktion zu beschleunigen.

Trotz der Genehmigung steht der Grid Construction immer noch mit Hindernissen der Lieferkette, einschließlich mehr als 12 Monaten Lieferzeit, Preis von 400% für große Stromtransformatoren und einen Mangel an Spezialstählen.Das Erreichen des föderalen Ziels der Entwicklung der Transformatorenherstellung hängt auch von der Unterstützung der Elektrostahlindustrie ab, insbesondere der bevorstehenden Standards für die Energieeffizienz von 2027.All dies geschieht, wenn das Stromverbrauch (hauptsächlich wetterbedingt) seinen höchsten Niveau seit 20 Jahren erreicht und einen Hardware-Austausch erfordert.

Dies beinhaltet keine Lieferung

Letztendlich manifestiert sich die Kostenreform der Infrastruktur der Stromnetze in der Verbraucher im Anstieg der Verbraucherpreise.Der „Einzelhandelspreis“, den Verbraucher zahlen, ist eine Kombination aus Großhandelspreis (die Kosten für die Stromerzeugung) und Lieferkosten (die Kosten für die Bereitstellung von Strom an die Infrastruktur, die Sie benötigen).Entscheidend ist, dass die Preise für die Erzeugung erneuerbarer Energien und Erdgas Stromerzeugung, obwohl die Preise für die Stromübertragung der Stromversorgung stark gestiegen sind.

Dieser Vorfall wird durch viele Gründe verursacht.Versorgungsunternehmen verwenden Vertriebsrechnungen, um die Verluste aus der Stromerzeugung der Kunden auszugleichen, um Einnahmen aus festen Renditeninfrastrukturinvestitionen (ähnlich wie bei der Vertragsabwehr für Kosten für die Kosten für die Kosten) sicherzustellen.Die Entwicklung erneuerbarer Energien erfordert die Ausweitung von Stromleitungen auf abgelegene Bereiche, die aufgrund der Intermittivität weniger verwendet werden.Darüber hinaus werden die Lasten mit zunehmender Elektrifizierung und Selbstgenerierung instabiler und die für den Spitzenbedarf ausgelöste Infrastruktur wird ineffizient und kostspielig.

Richtlinien- und Marktanpassungen befassen sich mit diesen steigenden Transportkosten, und die massive Einführung verteilter Stromversorgungssysteme wie Dach Solar ist ein bemerkenswertes Beispiel.

Das kalifornische Net Energy Metering (NEM) -Programm ermöglichte es sich zunächst, dass Hausbesitzer überschüssige Solaranlagen zu den Einzelhandelspreisen verkaufen und die Vertriebskosten des Versorgungsunternehmens ignorieren.Jüngste Änderungen kehren jetzt im Wesentlichen Strom zu variablen Großhandelspreisen zurück und verringern die Umsatzerlöse für Solarbesitzer während der Spitzenerzeugungsperioden, die häufig mit dem niedrigsten Strompreis übereinstimmen.Die Anpassung verlängert die Amortisationszeit für Solaranlagen und veranlasst Hausbesitzer und Unternehmen, in die Stromspeicherung zu investieren, um Energie zu verkaufen, wenn sie profitabler ist.

Die kalifornischen Versorgungsunternehmen schlugen außerdem ein Abrechnungsmodell vor, bei dem feste Gebühren vom Einkommensniveau abhängen und die Nutzungsgebühren vom Verbrauch abhängen.Der Umzug zielt darauf ab, wohlhabende Kunden mehr Gitterinfrastrukturkosten zu tragen und Personen mit niedrigem Einkommen vor steigenden Strompreisen im Einzelhandel zu schützen.Während diese spezifische Richtlinie kürzlich für ähnliche, aber weniger extreme Versionen auf Eis gelegt wurde, könnte eine solche Idee dazu führen, dass wohlhabende Benutzer völlig aus dem Netz sind.Verrat kann dazu führen, dass die verbleibenden Benutzer höhere Kosten zahlen und eine „Todesspirale“ auslösen.Einige glauben, dass dies auf dem hawaiianischen Strommarkt geschehen ist, wobei einige Regionen schnell an elektrische Wärmepumpen zugewandt sind.

Halten Sie das Licht an

Elektrizität ist nicht magisch;Jederzeit,Die erzeugte Leistung muss mit dem Strombedarf zusammenhängenoder „Ladung“ übereinstimmt;Auf einem höheren Niveau beruht die Stabilität der Gitter auf die Aufrechterhaltung einer konstanten Frequenz – 60 Hz in den USA.

Die durch übermäßige Stromleitungskapazität (Stromversorgung von Strom in das Netz) verursachte Überlastung kann zu Leistungsbegrenzungen und lokalen Preisunterschieden führen.Jede Frequenzabweichung kann auch den Generator und die Motorausrüstung beschädigen.Wind-, Solar- und Batterien – relevante Ressourcen ohne Trägheit – komplexe Frequenzstabilität, wenn sie sich vermehren.In extremen Fällen können Abweichungen zu Stromausfällen und sogar zu schädigenden Geräten mit netzgebundenem Gerät führen.

Aufgrund der inhärenten Verwundbarkeit des Netzes muss die damit verbundenen Vermögenswerte sorgfältig berücksichtigt werden, um das zuverlässige Angebot mit der vorhergesagten Nachfrage auszurichten.Das Wachstum intermittierender Stromversorgungen (unzuverlässiges Angebot) in Kombination mit dem Anstieg der „Elektrifizierung“ (Anstieg der Nachfrage) bringtschwerDie Herausforderung.

Wann ist es genug, genug?

Etwa zwei Drittel der Last werden durch den Großhandelsmarkt durch (meistens) vor einigen Tagen durch Auktionen ausgeglichen, wobei der Preis durch die Kosten der letzten erforderlichen Stromeinheit bestimmt wird.Erneuerbare Energien haben keine Grenzkosten und sind in der Regel höher als andere Energiequellen, was zu Preisschwankungen führt. Die Preise sind äußerst niedrig, wenn erneuerbare Energien die Nachfrage entsprechen. Die Preise steigen, wenn teurere Energie erforderlich ist (Hinweis: Die Gebote unterscheidenEnergiekosten abbindenLcoe.)

Die Unvorhersehbarkeit von Solar- und Windkraft sowie der Verschluss von alternden Kraftwerken mit fossilen Brennstärken wirft Druck auf die Netzstabilität aus.Dies kann zu Stromausfällen (Unterproduktion) und Leistungsgrenzen (Überproduktion) wie der 2400 -GWh -Abfall in Kalifornien im Jahr 2022 führen.Die Behebung dieses Problems erfordert Investitionen in Energiespeicher und Übertragungsverbesserungen (unten beschrieben).

Da die Stromversorgung unvorhersehbarer wird, spielt Erdgas aufgrund seiner Kosteneffizienz und Flexibilität eine immer wichtigere Rolle.Erdgas unterstützt normalerweise erneuerbare Energien durch „Spitzenkraftwerke“, die erst bei Bedarf gestartet werden.Im Allgemeinen macht die intermittierende Natur von Sonnen- und Windenergie Gaskraftwerken und andere Arten von Kraftwerken zeitweise profitabel und läuft aus technischen Gründen manchmal sogar mit kontinuierlichen Verlusten.Wenn ein „Spitzenkraftwerk“ bei erneuerbaren Energien zu höheren Kosten führt, was zu höheren Kosten führt, was zu Volatilität der Verbraucher führt.

Die Nachfrage nach Strom ändert sich ebenfalls.Obwohl Technologien wie Wärmepumpen energiesparend sind, können sie im Winter zu Spitzenlasten führen, wenn die Erzeugung erneuerbarer Energien niedrig ist.Auf diese Weise müssen die Netzbetreiber einen bestimmten Puffer von Stromvermögen beibehalten und häufig erneuerbare Energien bei der Planung von Ressourcen -Angemessenheit ignorieren.Netzbetreiber folgen normalerweise der „Ein-Zehntel“ -Regel und akzeptieren alle zehn Jahre Stromknappheit, aber die tatsächlichen Berechnungen sind komplexer.In Ercot haben wir aufgrund des Mangels an traditionellen Kapazitätsmärkten zum Ersetzen von Preissteigerungsanreizen festgestellt, dass „Notfallreserven“ weiter wachsen, wenn erneuerbare Energien in das Netz eintreten.

Gebiete wie Kalifornien sind auch vor einer „Entenkurve“ ausgesetzt, in der die Netzbetreiber um mehr als 20 GW Strom erhöht werden, wenn der Tag der Tageslicht und der Nachfrage steigt.Dies ist technisch und wirtschaftlich eine Herausforderung für Fabriken, die darauf abzielen, die Produktion aufrechtzuerhalten.

Der zeitweilige Charakter erneuerbarer Energien kann versteckte Kosten verursachen und die Netzbetreiber dazu zwingen, Risiken einzugehen oder in neue Vermögenswerte zu investieren.Während die Energienivellierungskosten die wirtschaftliche Lebensfähigkeit des Projekts bewerten, vereinfacht dies den tatsächlichen Wert von Vermögenswerten für das breitere Netz.LCOE unterstreicht jedoch die wirtschaftlichen Herausforderungen für den Bau neuer Vermögenswerte wie Kernkraftwerke.Obwohl die Kernenergie teurer ist als das heutige Erdgas, bietet sie einen überzeugenden und zuverlässigen Weg zur Dekarbonisierung von Strom.Wir müssen nur den Umfang der Reaktorkonstruktion erweitern.

Aber wir können uns nicht nur auf Kernenergie verlassen.Es ist riskant, sich allein auf eine einzelne Energiequelle zu stützen, wie die nuklearen Herausforderungen Frankreichs während der russischen Energie Sanktionen und das Gasproblem bei kaltem Wetter in den südlichen Vereinigten Staaten, ganz zu schweigen von den Rohstoffpreisen Schwankungen.Gebiete mit großen Mengen an erneuerbaren Energien, wie z. B. Kalifornien, sind aufgrund ihrer täglichen Abhängigkeit von Importen ebenfalls Unsicherheit ausgesetzt.Sogar Orte wie Island oder Skandinavien, die fast 100% saubere Energie verbrauchen, erhalten während einer Krise zuverlässige Sicherungs- oder Importoptionen.

Schlau werden

Mit zunehmendem Strombedarf hat das Netz aufgrund dezentraler und intermittierender erneuerbarer Energiequellen Schwierigkeiten, mit zunehmend komplexen Situationen umzugehen.Wir können diese Transformation nicht mit brutaler Kraft erzwingen;Wir müssen wirklich schlau sein.

Das aktuelle Netz ist altern und „dumm“ und stützt sich auf Kraftwerke, um die Produktion auf der Grundlage der prognostizierten Nachfrage anzupassen und gleichzeitig kleine Echtzeitanpassungen vorzunehmen, um die Stabilität zu gewährleisten.Das Netz wurde ursprünglich für den Einweg-Fluss großer Kraftwerke konzipiert, wurde jedoch durch das Konzept mehrerer kleiner Stromversorgungen in Frage gestellt, die in alle Richtungen Strom liefern, wie beispielsweise Ihr Solar des Daches, das das Elektroauto Ihres Nachbarn auflädt.Darüber hinaus weist die mangelnde echte Sichtbarkeit in Echtzeittrends an drohende Probleme auf, insbesondere bei Verteilungsebene.

Wohngeschäfte, Batterien, fortgeschrittene nukleare und (möglicherweise) geothermische Energie liefern dispergierter Strom, wodurch die Notwendigkeit des Infrastrukturkonstruktion verringert wird.Die Integration eines sich ändernden, instabilen Netzes erfordert jedoch immer noch innovative Lösungen.Darüber hinaus kann durch lokale Speicher- und Nachfrageseitenreaktion (z. B. das Ausschalten des Thermostats, wenn das Netz eng ist). Die effektive Verwendung von Strommaßnahmen im Bereich der Strommaßnahme im Bereich der Strommaßnahmen kann sogar erheblich verbessert werden, wodurch die Spitzenzeit des Bedürfnisses, nicht ausgelastete Vermögenswerte aufbauen, verringert werden sind nur kurz online.

Das „Smart Grid“ zielt darauf ab, all diese und mehr zu erreichen, und kann in drei technische Hauptgruppen unterteilt werden:

• Frontende des Messgeräts

• Dynamische Leitungsbewertungen, Solid-State-Transformatoren, Spannungsmanagement- und Trendsysteme, bessere Leiter, Infrastrukturüberwachung, Stromerzeugung im Gittermaßstab, Speicher im Netzmaßstab usw.

• Messgerät Backend

• Wärmepumpen, Elektrogeräte, Solarenergie für Wohngebäude, Lagerung von Eigenheimen, Ladegeräte für Elektrofahrzeuge, intelligente Thermostate, intelligente Messgeräte, Mikroreaktoren und kleine modulare Reaktoren, Mikrogrids usw.

• Grid -Software

• Virtuelle Kraftwerke, bessere Prognosen, Gerätemanagement, Energiendateninfrastruktur, Cybersicherheit, ADMS, Verbindungsplanung, Energie -Finanzinstrumente, bilaterale Protokollautomatisierung usw.

Insbesondere gibt es zwei Haupttrends, die für die Zukunft von „Smart Grid“ von entscheidender Bedeutung sind.

Zunächst müssen wir eine große Anzahl von Energiespeicheranlagen bauen, um die lokalen Spitzenlasten zu glätten und die intermittierende Stromversorgung für das gesamte Stromnetz zu stabilisieren.Energiespeicherbatterien sind bereits für kleine Stromausbrüche von entscheidender Bedeutung und können sogar länger abdecken, wenn die Preise weiter sinken.Die Erweiterung der Batteriegröße von Hunderten von GWH erfordert jedoch auch die Erweiterung der Lieferkette.Glücklicherweise kann eine starke wirtschaftliche Situation weiterhin den Einsatz beschleunigen.

Die zweite besteht darin, die Bereitstellung und Integration verteilter Energievermögensnetzwerke zu beschleunigen.Alles, was mit Strom verwendet werden kann, wird angetrieben.Wenn diese Systeme mit Energiesystemen zu Hause und in der Gitterskala interagieren können, ist eine Vielzahl neuer Lösungen erforderlich.Eine Sammlung von „intelligenten“ Geräten wie Elektrofahrzeugen oder Thermostaten kann sogar virtuelle Kraftwerke bilden, die das Verhalten größerer Energieanlagen nachahmen.

Was ist die Zukunft?

Eine zentrale Herausforderung bei der Gittererweiterung besteht darin, den Übergang zwischen zentralisierten und dezentralen Systemen sorgfältig auszugleichen und gleichzeitig wirtschaftliche und Zuverlässigkeitsprobleme zu berücksichtigen.Während einfach und (normalerweise) zuverlässige Zentralgitter auch komplexe Nachfrageschwankungen und hohe Fixkosten ausgesetzt sind – zum Beispiel werden die meisten großen Kernkraftwerke auf der ganzen Welt von der Regierung finanziert, und dezentrale Gitter werden immer noch im frühen Stadium eingesetzt, aber billig. sicherstellen, aber nicht automatisch zuverlässiger Strom sicherstellen, wie die Vorlieben einiger ländlicher Gemeinden in Indien vermuten lassen.

Es sollte klar sein, dass das zentralisierte Netz, das wir heute habenKonsumiert durch das wachsende Netzwerk dezentraler Vermögenswerte.Steuerzahler werden zunehmend selbst erzeugende und Lagerung einnehmen, traditionelle Machtmonopole in Frage stellen und regulatorische und Marktreformen fördern.Dieser selbstgenerierende Trend wird seinen Höhepunkt in energieintensiven Industrien erreichen, die besondere Schwerpunkt auf Zuverlässigkeit legen-Amazon und Microsoft haben habenVerfolgung von AtomdatenzentrumWir sollten alle Anstrengungen unternehmen, um die Entwicklung und den Einsatz neuer Reaktoren zu beschleunigen.

Im weiteren Sinne benötigen Steuerzahler in dieser Reihenfolge zuverlässige, erschwingliche und saubere Strom.Ercots einzigartiger geografischer Standort, ein leicht zu innovierter „purer Energie“ -Markt und lose Interkonnektionsrichtlinien sind der Schlüssel zum Fokus, um zu verstehen, ob, wann und wie dies durch ein dezentrales Netz erreicht werden kann.Es besteht kein Zweifel, dass die erfolgreiche Navigation dieser Transformation zu einem erheblichen Wirtschaftswachstum führen wird.

Entscheidend ist, dass der Aufbau dieses dezentralen Netzes unsere talentiertesten Unternehmer und Ingenieure erfordert:Wir benötigen ein „Smart Grid“, das vor Benutzern ernsthaft innoviert, hinter Benutzern und Grid -Softwaretechnologie und führt ernsthafte Innovationen in Bezug auf die Grid -Softwaretechnologie durch..Politische und wirtschaftliche Trends werden diese Machtentwicklung beschleunigen, aber die Verantwortung dafür, dass ein solches dezentrales Netz besser funktioniert als das alte Netz auf den privaten Sektor.

Die Zukunft des US -amerikanischen Stromnetzes besteht darin, neue Technologien einzusetzen und freie Märkte zu nutzen, um die Herausforderungen unserer Nation zu bewältigen und den Weg für eine effizientere und dynamischere Energielandschaft zu ebnen.Dies ist eine der großen Ursachen des 21. Jahrhunderts, aber wir müssen uns den Herausforderungen stellen.

Die Welt verändert sich schnell und das Stromnetz muss sich entsprechend ändern.